Instituto Nacional
Autónomo De El Viejo Dr. Miguel Jarquín Vallejos
Proyecto De
Feria Científica
TEMA: “PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES”
Elaborado
por:
Ø Axcel David Juárez
Ø Helena Guadalupe Laínez
Chavarría
Ø Jasmina Jamileth Tercero
Lira
Ø Lester René Miranda
Ø María Dolores Aguirres Solórzano
Ø Martha Massiel Medina Bravo
Ø Nayeli Carolina Fuentes
Paredes
Ø Nohemí del Carmen Guevara
Ø Xóchitl Raquel Morales
Cortéz
Ø Yaoska Carolina Galeano
Álvarez
El Viejo, Chinandega
mayo de 2015
“Ciencia, Sabiduría
Libertad Trabajo Y Energía”
INTRODUCIÓN
La descarga de
las aguas residuales en el municipio se ha visto en aumento los últimos años;
ya que el crecimiento de la población contribuye a la generación excesiva de
contaminación en el agua.
Problemas
socio-ambientales, Aumento de enfermedades, inundaciones, Proliferación de
vectores, Aumento de la contaminación, Represamiento, Generación de olores y
del caudal, son solo los problemas iniciales que trae el mal uso de las aguas residuales
en nuestro municipio.
En base a esto
decidimos crear un proyecto en el que además de generar empleos para diferentes
sectores sociales ayudemos al medio ambiente reforzando el uso de abonos
orgánicos y devolviendo un agua un poco más digerible para los efluentes
receptores.
Los tanques de
tratamiento de agua en su flujo continuo, cada uno aporta una etapa en este
delicado pero necesario proceso, desde el estanque receptor, pasando por el
sedimentador, hasta llegar al tendido de secado de lodo y su proceso para ser
utilizado en obras de construcción y como abono orgánico para la agricultura.
El presente
trabajo no fue creado como obra para ejecutarse, sino como punto de partida
para crear un precedente que después será utilizado por personas entrenadas en
la materia para ejecutarlo. En otras palabras la planta de tratamiento fue diseñada para tratar el
agua residual de la municipalidad.
Es una planta
completa, con todas las etapas de tratamiento requeridas, como son el sistema
de pre-tratamiento, lagunas facultativas, laguna de maduración, eras de secados
etc…
OBJETIVOS:
General:
Dar a conocer el funcionamiento de una planta de
tratamiento de agua residual.
Objetivo específico.
ü Definir el flujograma de proceso de una planta de tratamiento de aguas
residuales
ü Dar a conocer la importancia del proceso de tratamiento de aguas
residuales para mitigar el impacto del calentamiento global en el municipio de
El Viejo.
ü Ayudar al mejoramiento del medio ambiente mediante el reciclaje de las
aguas residuales.
JUSTIFICACION
Este proyecto se
desarrolla en dos aspectos fundamentales: social y ambiental.
Aprender del
proceso de saneamiento de agua, así como el flujograma de trabajo que tiene una
planta de tratamiento de agua.
Esta iniciativa
se plantea con el fin de resolver el problema de aguas residuales en el
municipio de El Viejo Departamento de Chinandega con el colofón de disminuir la contaminación creada por los
desechos de aguas negras emitidas por la población en los diferentes barrios de
nuestro municipio.
En otro aspecto
se pretende generar alternativas ambientales como biogás y abono orgánico, de
esta manera reutilizar el agua después de haberla tratado en esta planta.
Una de las
razones más importantes para tratar las aguas residuales o servidas es la
eliminación de todos los agentes patógenos de origen humano presentes en las
excretas con el propósito de evitar una contaminación biológica al cortar el
ciclo epidemiológico de transmisión. Estos son, entre otros: Coliformes
totales, Coliformes fecales, Salmonellas y Virus.
En otras
palabras consideramos que la necesidad de tratar las aguas negras de nuestro
municipio, sumado al constante crecimiento de la población urbana obliga a
generar investigaciones en este campo para tener soluciones a problemas de
escases de este recurso en un futuro.
MARCO TEORICO
El agua es un compuesto con características
únicas, de gran significado para la vida, el más abundante en la naturaleza y determinante
en los procesos físicos, químicos y biológicos que gobiernan nuestro medio
natural. Por lo que es fundamental su cuidado y tratamiento; para esto es
necesario aplicar un tipo de tratamiento específico.
Los pueblos
antiguos no necesitaban obras de ingeniería para su aprovisionamiento de agua.
Cazadores y nómadas acampaban cerca de las fuentes naturales de agua fresca, y
las poblaciones estaban tan dispersas que la contaminación del agua no constituía
un serio problema. El primer pueblo en tener en cuenta la sanidad del
suministro de agua fue el pueblo romano, que construyó una extensa red de
acueductos para traer las aguas limpias de los montes Apeninos hasta la ciudad,
intercalando estanques y filtros a lo largo del recorrido del agua para
asegurar su claridad.
La construcción
de humedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales ha
evolucionado desde que tuvo su origen en1946 gracias a Sie, del quien propuso
el modelo Max Planck Institule System (MPIS) o proceso Krefeld, este método se aplicó
por primera vez en Alemania en 1974 para tratar aguas residuales municipales y aguas
residuales de la industria textilera, cervecera y de productos lácteos, empleando
plantas emergentes, convirtiéndose en una importante tecnología para el
tratamiento de efluentes de tanques sépticos, de lagunas de estabilización y,
en general, de efluentes de tratamiento biológico secundario.
AGUAS RESIDUALES:
El término agua
residual define un tipo de agua, previamente utilizada, que está contaminada
con sustancias fecales y orina, procedentes de desechos orgánicos humanos o
animales. Su importancia es tal que requiere sistemas de canalización,
tratamiento y desalojo. Su tratamiento nulo o indebido genera graves problemas
de contaminación.
A las aguas
residuales también se les llama aguas servidas, fecales o cloacales. Son
residuales, habiendo sido usada el agua, constituyen un residuo, algo que no
sirve para el usuario directo; y cloacales porque son transportadas mediante
cloacas (del latín cloaca, alcantarilla), nombre que se le da habitualmente al
colector. Algunos autores hacen una diferencia entre aguas servidas y aguas
residuales en el sentido que las primeras solo provendrían del uso doméstico y
las segundas corresponderían a la mezcla de aguas domésticas e industriales. En
todo caso, están constituidas por todas aquellas aguas que son conducidas por
el alcantarillado e incluyen, a veces, las aguas de lluvia y las infiltraciones
de agua del terreno.
El término aguas
negras también es equivalente debido a la coloración oscura que presentan.
Todas las aguas
naturales contienen cantidades variables de otras sustancias en concentraciones
que varían de unos pocos mg/litro en el agua de lluvia a cerca de 35 mg/litro
en el agua de mar. A esto hay que añadir, en las aguas residuales, las
impurezas procedentes del proceso productor de desechos, que son los
propiamente llamados vertidos. Las aguas residuales pueden estar contaminadas
por desechos urbanos o bien proceder de los variados procesos industriales.
De acuerdo a su procedencia las aguas residuales pueden
clasificarse en:
v Aguas residuales domesticas
v Aguas residuales sanitarias
v Aguas residuales combinadas
v Aguas residuales agrícolas
v Aguas lluvias
v Residuos líquidos industriales
Por su estado
físico se puede distinguir:
v Fracción suspendida.
v Fracción coloidal.
v Fracción soluble.
v La fracción coloidal y la fracción suspendida se agrupan en el ensayo de
sólidos suspendidos totales
MATERIA EN SUSPENSIÓN Y MATERIA DISUELTA:
A efectos del
tratamiento, la gran división es entre materia en suspensión y materia
disuelta.
La materia en
suspensión se separa por tratamientos físico-químicos, variantes de la
sedimentación y filtración. En el caso de la materia suspendida sólida se trata
de separaciones sólido - líquido por gravedad o medios filtrantes y, en el caso
de la materia aceitosa, se emplea la separación L-L, habitualmente por
flotación.
La materia
disuelta puede ser orgánica, en cuyo caso el método más extendido es su
insolubilización como material celular (y se convierte en un caso de separación
S-L) o inorgánica, en cuyo caso se deben emplear caros tratamientos físico-químicos
como la ósmosis inversa.
SÓLIDOS EN LAS AGUAS RESIDUALES:
Las
aguas servidas están formadas por un 99 % de agua y un 1 % de sólidos en
suspensión y solución. Estos sólidos pueden clasificarse en orgánicos e
inorgánicos.
Los
sólidos inorgánicos están formados principalmente por nitrógeno, fósforo,
cloruros, sulfatos, carbonatos, bicarbonatos y algunas sustancias tóxicas como
arsénico, cianuro, cadmio, cromo, cobre, mercurio, plomo y zinc.
Los
sólidos orgánicos se pueden clasificar en nitrogenados y no nitrogenados. Los
nitrogenados, es decir, los que contienen nitrógeno en su molécula, son
proteínas, ureas, aminas y aminoácidos. Los no nitrogenados son principalmente
celulosa, grasas y jabones.
La
concentración de materiales orgánicos en el agua se determina a través de la
DBO5, la cual mide material orgánico carbonáceo principalmente, mientras que la
DBO20 mide material orgánico carbonáceo y nitrogenado DBO2.
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES:
Toda agua
servida o residual debe ser tratada, tanto para proteger la salud pública como
para preservar el medio ambiente. Antes de tratar cualquier agua servida se
debe conocer su composición. Esto es lo que se llama caracterización del agua.
Permite conocer
qué elementos químicos y biológicos están presentes y da la información
necesaria para que los ingenieros expertos en tratamiento de aguas puedan
diseñar una planta apropiada al agua servida que se está produciendo.
Una Estación
depuradora de aguas residuales tiene la función de eliminar toda contaminación
química y bacteriológica del agua que pueda ser nociva para los seres humanos,
la flora y la fauna, de manera que se pueda devolver el agua al medio ambiente
en condiciones adecuadas. El proceso, además, debe ser optimizado de manera que
la planta no produzca olores ofensivos hacia la comunidad en la cual está
inserta. Una planta de aguas servidas bien operada debe eliminar al menos un 90
% de la materia orgánica y de los microorganismos patógenos presentes en ella.
FUNCIONAMIENTO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES:
El proceso de
tratamiento del agua residual se puede dividir en cuatro etapas: pre
tratamiento, primaria, secundaria y terciaria. Algunos autores llaman a las
etapas preliminar y primaria unidas como etapa primaria.
Etapa preliminar
La etapa
preliminar debe cumplir dos funciones:
Medir y regular
el caudal de agua que llega a la planta
Extraer los
sólidos flotantes grandes y la arena (a veces, también la grasa).
Normalmente las
plantas están diseñadas para tratar un volumen de agua constante, lo cual debe
adaptarse a que el agua servida producida por una comunidad no es constante.
Hay horas, generalmente durante el día, en las que el volumen de agua producida
es mayor, por lo que deben instalarse sistemas de regulación de forma que el
caudal que ingrese al sistema de tratamiento sea uniforme.
Asimismo, para
que el proceso pueda efectuarse normalmente, es necesario filtrar el agua para
retirar de ella sólidos y grasas. Las estructuras encargadas de esta función
son las rejillas, tamices, trituradores (a veces), desgrasadores y
desarenadores. En esta etapa también se puede realizar la preaireación, cuyas
funciones son:
a) Eliminar los compuestos volátiles presentes en el agua servida, que se
caracterizan por ser malolientes.
b) Aumentar el contenido de oxígeno
del agua, lo que ayuda a la disminución de la producción de malos olores en las
etapas siguientes del proceso de tratamiento.
Etapa primaria
Tiene como
objetivo eliminar los sólidos en suspensión por medio de un proceso de
sedimentación simple por gravedad o asistida por coagulantes y floculantes.
Así, para completar este proceso se pueden agregar compuestos químicos (sales
de hierro, aluminio y polielectrolitos floculantes) con el objeto de precipitar
el fósforo, los sólidos en suspensión muy finos o aquellos en estado de
coloide.
Las estructuras
encargadas de esta función son los estanques de sedimentación primarios o
clarificadores primarios. Asimismo, el período de retención es normalmente
corto, 1 a 2 h. Con estos parámetros, la profundidad del estanque fluctúa entre
2 a 5 m.
En esta etapa se
elimina por precipitación alrededor del 60 al 70 % de los sólidos en
suspensión. En la mayoría de las plantas existen varios sedimentadores
primarios y su forma puede ser circular, cuadrada a rectangular.
Etapa secundaria
Tiene como
objetivo eliminar la materia orgánica en disolución y en estado coloidal
mediante un proceso de oxidación de naturaleza biológica seguido de sedimentación.
Este proceso biológico es un proceso natural controlado en el cual participan
los microorganismos presentes en el agua residual, y que se desarrollan en un
reactor o cuba de aireación, más los que se desarrollan, en menor medida en el
decantador secundario. Estos microorganismos, principalmente bacterias, se
alimentan de los sólidos en suspensión y estado coloidal produciendo en su
degradación anhídrido carbónico y agua, originándose una biomasa bacteriana que
precipita en el decantador secundario. Así, el agua queda limpia a cambio de
producirse unos fangos para los que hay que buscar un medio de eliminarlos.
En el decantador
secundario, hay un flujo tranquilo de agua, de forma que la biomasa, es decir,
los flóculos bacterianos producidos en el reactor, sedimentan. El sedimento que
se produce y que, como se dijo, está formado fundamentalmente por bacterias, se
denomina fango activo.
Los
microorganismos del reactor aireado pueden estar en suspensión en el agua
(procesos de crecimiento suspendido o fangos activados), adheridos a un medio
de suspensión (procesos de crecimiento adherido) o distribuidos en un sistema
mixto (procesos de crecimiento mixto).
Las estructuras
usadas para el tratamiento secundario incluyen filtros de arena intermitentes,
filtros percoladores, contactores biológicos rotatorios, lechos fluidizados,
estanques de fangos activos, lagunas de estabilización u oxidación y sistemas
de digestión de fangos.
Etapa terciaria:
Tiene como
objetivo suprimir algunos contaminantes específicos presentes en el agua
residual tales como los fosfatos que provienen del uso de detergentes
domésticos e industriales y cuya descarga en cursos de agua favorece la
eutrofización, es decir, un desarrollo incontrolado y acelerado de la
vegetación acuática que agota el oxígeno, y mata la fauna existente en la zona.
No todas las plantas tienen esta etapa ya que dependerá de la composición del
agua residual y el destino que se le dará
PRINCIPALES PASOS DEL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES:
Desinfección
Las aguas
servidas tratadas normalmente contienen microorganismos patógenos que
sobreviven a las etapas anteriores de tratamiento. Las cantidades de
microorganismos van de 10.000 a 100.000 coliformes totales y 1.000 a 10.000
coliformes fecales por 100 ml de agua, como también se aíslan algunos virus y
huevos de parásitos. Por tal razón es necesario proceder a la desinfección del
agua.
Esta
desinfección es especialmente importante si estas aguas van a ser descargadas a
aguas de uso recreacional, aguas donde se cultivan mariscos o aguas que
pudieran usarse como fuente de agua para consumo humano.
Los métodos de
desinfección de las aguas servidas son principalmente la cloración y la
iozonización, pero también se ha usado la bromación y la radiación ultravioleta.
El más usado es la cloración por ser barata, fácilmente disponible y muy
efectiva. Sin embargo, como el cloro es tóxico para la vida acuática el agua
tratada con este elemento debe ser sometida a decloración antes de disponerla a
cursos de agua natural.
Desde el punto
de vista de la salud pública se encuentra aceptable un agua servida que
contiene menos de 1.000 coliformes totales por 100 ml y con una DBO inferior a
50 mg/L.
La estructura
que se usa para efectuar la cloración es la cámara de contacto. Consiste en una
serie de canales interconectados por los cuales fluye el agua servida tratada
de manera que ésta esté al menos 20 minutos en contacto con el cloro, tiempo
necesario para dar muerte a los microorganismos patógenos.
Tratamiento de los fangos.
Los sedimentos
que se generan en las etapas primaria y secundaria se denominan fangos. Estos
fangos contienen gran cantidad de agua (99 %), microorganismos patógenos y
contaminantes orgánicos e inorgánicos. Se han desarrollado varios métodos para
el tratamiento de los fangos e incluyen: digestión anaerobia, digestión
aerobia, compostaje, acondicionamiento químico y tratamiento físico. El
propósito del tratamiento de los fangos es destruir los microbios patógenos y
reducir el porcentaje de humedad.
La digestión anaerobia: se realiza en un estanque cerrado llamado digestor y no requiere la
presencia de oxígeno pues se realiza por medio de bacterias que se desarrollan
en su ausencia. Para el óptimo crecimiento de estos microorganismos se requiere
una temperatura de 35 °C. Las bacterias anaerobias degradan la materia orgánica
presente en el agua servida, en una primera fase, a ácido propiónico, ácido
acético y otros compuestos intermedios, para posteriormente dar como producto
final metano (60-70 %), anhídrido carbónico (30 %) y trazas de amoníaco,
nitrógeno, anhídrido sulfuroso e hidrógeno. El metano y el anhídrido carbónico
son inodoros; en cambio, el ácido propiónico tiene olor a queso rancio y el
ácido acético tiene olor a vinagre.
La digestión aerobia: se realiza en un estanque abierto y requiere la presencia de oxígeno y,
por tanto, la inyección de aire u oxígeno. En este caso la digestión de la
materia orgánica es efectuada por bacterias aerobias, que realizan su actividad
a temperatura ambiente. El producto final de esta digestión es anhídrido
carbónico y agua. No se produce metano. Este proceso bien efectuado no produce
olores.
El compostaje: es la mezcla
del fango digerido aeróbicamente con madera o llantas trituradas, con el
objetivo de disminuir su humedad para posteriormente ser dispuesto en un
relleno sanitario.
El acondicionamiento químico: se puede aplicar tanto a los fangos crudos como digeridos e incluye la
aplicación de coagulantes tales como el sulfato de aluminio, el cloruro férrico
y los polímeros, los que tienen como función ayudar a la sedimentación de las
materias en suspensión y solución en el fango; la elutriación o lavado del
fango, la cloración y la aplicación de floculante.
El tratamiento físico: incluye el tratamiento por calor y el congelamiento de los fangos.
Una vez
concluida la etapa de digestión microbiana, ya sea aerobia o anaerobia, los
fangos aún contienen mucha agua (alrededor de un 90 %) por lo que se requiere
deshidratarlos para su disposición final. Para ello se han diseñado dos métodos
principales: secado por aire y secado mecánico.
Deshidratación de los fangos.
Se han hecho
diversas estructuras para el secado por aire de los fangos. Entre ellas están:
lechos de arena, lechos asistidos de arena, lagunas de fangos, lechos
adoquinados y eras de secado.
Para el secado
mecánico existen filtros banda, filtros prensa, filtros de vacío y centrífugas.
Los fangos
deshidratados deben disponerse en una forma ambientalmente segura. Para ello,
según el caso, pueden llevarse a rellenos sanitarios, ser depositados en
terrenos agrícolas y no agrícolas o incinerados. La aplicación en terrenos
agrícolas requiere que el fango no presente sustancias tóxicas para las
plantas, animales y seres humanos. Lo habitual es que sí las contengan por lo
que lo normal es que sean dispuestos en rellenos sanitarios o incinerados.
OTROS MÉTODOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES:
Tratamiento de
aguas residuales por procesos biotecnológicos.
El proceso
natural de la limpieza del agua se consigue gracias a una bacteria que se
alimenta de los desechos que contienen las aguas servidas. Gracias a esta
bacteria aparecen los sistemas de tratamiento de aguas por medio biológicos de
biodigestion, donde por medio de diversos métodos se pone en contacto esta
bacteria con el agua para acelerar el procesos natural. Utilizando una película
fija de bacteria en diversas piezas de ingenierías distintas (estudiadas para
tener mejor contacto con el agua a la hora de limpiarla) el agua se pone en
contacto con la bacteria para provocar una biodigestion mucho más rápida que el
proceso natural.
En presentación
de rodillos, empaques, módulos o molinos la película fija tiene el mismo
propósito, la diferencia entre las tecnologías radica en la forma en la que se
acelera el propio proceso natural y desde luego en el espacio necesario para
construir una planta de tratamiento de aguas con estas características.
En comparación
con otras tecnologías y métodos para la limpieza de las aguas residuales, la
película fija es sin duda una de las opciones más fuertes gracias a su tamaño,
fácil utilización, coste y espacio necesario para su construcción.
Los diferentes
métodos de tratamiento atienden al tipo de contaminación: para la materia en
suspensión, tanto orgánica como inorgánica, se emplea la sedimentación y la
filtración en todas sus variantes. Para la materia disuelta
emplean los
tratamientos biológicos (a veces la oxidación química) si es orgánica, o los
métodos de membranas, como la ósmosis, si es inorgánica.
INFLUENCIA EN EL MEDIO RECEPTOR:
Definición de
contaminación según el Reglamento del Dominio Público Hidráulico: Se entiende
por contaminación, a los efectos de la Ley de Aguas, la acción y el efecto de
introducir materias o formas de energía, o inducir condiciones en el agua que,
de modo directo o indirecto, impliquen una alteración perjudicial de su calidad
en relación con los usos posteriores o con su función ecológica.
Vertido de
sustancias orgánicas degradables: producen una disminución del oxígeno disuelto,
ya que los microorganismos que degradan la materia orgánica consumen oxígeno
para su oxidación. Si la demanda de oxígeno es superior a la aireación por
disolución de oxígeno atmosférico, se puede llegar a un ciclo anaerobio: se
consume oxígeno combinado en lugar de molecular, creándose un ambiente
reductor, con la aparición de amoníaco, nitrógeno y ácido sulfhídrico, y la
reducción de sulfatos a sulfuros; el agua se torna oscura, de olor desagradable
y con gérmenes patógenos.
Incorporación de
compuestos tóxicos, tanto orgánicos como inorgánicos.
Eliminan los
organismos depuradores, o bien inhiben su desarrollo impidiendo reacciones
enzimáticas. Intoxican también a varios niveles de la cadena trófica, desde
microorganismos hasta animales superiores.
Incorporación de
materia en suspensión, que reduce la entrada de luz y atasca los órganos
respiratorios y filtradores de muchos animales.
Alteración del
equilibrio salino (balance en sodio, calcio, etc…) y del pH.
Análisis más
frecuentes para aguas residuales.
Buen trabajo
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